Industria elettrizzata – la mobilità elettrica come biglietto per la neutralità del carbonio

Il loro trionfo è inarrestabile: sempre più veicoli a propulsione elettrica vengono lanciati sul mercato in tutto il mondo e costituiscono un elemento importante per raggiungere gli obiettivi climatici dell’accordo di Parigi, un impegno assunto da 195 Paesi. Perché unendo le forze la mobilità deve raggiungere la neutralità climatica al più tardi entro il 2050. A questo scopo l’industria automobilistica ha dovuto affrontare la maggiore ristrutturazione della sua storia per sostituire il motore a combustione con alternative come i motori plug-in hybrid (PHEV) o i motori alimentati esclusivamente batteria (BEV).

Fatto sta che l’auto elettrica non è un’invenzione del 20° o del 21° secolo! La storia dell’auto elettrica ebbe inizio già tra il 1832 e il 1839. In quel periodo l’inventore scozzese Robert Anderson sviluppò ad Aberdeen il primo veicolo elettrico. Nel 1888 a Coburgo fu realizzata la “Flocken Elektrowagen”, una sorta di carrozza elettrica a quattro ruote che probabilmente può essere considerata la prima auto a propulsione elettrica della storia. Nei primi anni della storia delle automobili – dopo i veicoli a vapore, ma prima del motore a combustione – i veicoli elettrici erano tecnicamente superiori ai concorrenti in vari rispetti. E ciò nonostante a partire dal 1910 circa, a causa del rapido sviluppo del motore a combustione, le auto elettriche sono sparite dalle strade rimanendo un veicolo di nicchia per quasi un secolo.

Solo negli anni 1990 è stata ripresa la ricerca su nuove tecnologie per accumulatori per auto elettriche e soluzioni per propulsione elettrica. I motivi erano palesi: l’aumento dell’inquinamento atmosferico nei centri urbani, problemi di approvvigionamento del petrolio e la necessità di limitare il cambio climatico. E così, nel 1997, è arrivata la Toyota Prius, primo modello di grande serie a propulsione ibrida, fortunata apripista per sviluppi futuri.

Con l’ingresso nel mercato del costruttore americano Tesla, il trend ha subito un’accelerazione. Negli anni 2000 anche i costruttori tradizionali hanno iniziato a interessarsi ai veicoli elettrici e a proporre al mercato modelli di piccole serie e prototipi, fino ad arrivare a modelli disponibili a scala larga. La varietà cresceva, e dunque anche il fabbisogno di processi di produzione, compresi utensili e materiali adatti a grandi serie. CERATIZIT, osservatore attento al mercato e partner di fiducia delle industrie chiave del settore, era già in grado di offrire soluzioni all’avanguardia.

E quindi, grazie agli importanti sforzi di sviluppo nell’industria automobilistica, la quota dei veicoli elettrici e dei modelli ibridi è notevolmente salita: quest’ultima dell’uno percento, mentre il 69% dei modelli presenti a livello globale sul mercato è costituito da veicoli completamente elettrici (BEV) – con tendenza all’aumento. Nei primi sei mesi del 2021 in tutto il mondo sono stati venduti 2,65 milioni di nuovi autoveicoli BEV e PHEV, portando la quota di mercato dal 3 al 6,3% delle vendite totali di automobili. A proposito: la percentuale di auto elettriche in Europa è già del 14%. Per il 2021 gli esperti prevedono un volume di 6,4 milioni di BEV/PHEV a livello mondiale, fatto che porterebbe a 16,4 milioni il numero di automobili e veicoli commerciali leggeri a propulsione elettrica. 

Simultaneamente anche la varietà dei veicoli a propulsione elettrica o parzialmente elettrica sta aumentando. Attualmente esistono 100 modelli di grande serie, 265 automobili sono state prodotte nel periodo 2018/2019 in piccole e medie serie e sono state lanciate in alcuni mercati del mondo. Oltre a questo esistono all’incirca 80 modelli di veicoli ottimizzati specificamente per il traffico urbano che raggiungono una velocità massima di 60 km/h.

Per il suo movimento un motore elettrico usa le forze di attrazione e repulsione di campi magnetici. Pertanto il motore di un’auto elettrica consiste di uno statore, ovvero la parte fissa, e di un rotore, che gira al suo interno. Il campo magnetico in entrambi i componenti viene generato da bobine a passaggio di corrente e, cambiando la direzione della corrente, cambia anche l’orientamento dei campi magnetici che alternativamente si attraggono o si respingono. Come fa a muoversi una macchina con questo motore? Poiché le bobine invertono la loro polarità varie volte durante un giro del rotore, il rotore gira continuamente. Nell’auto elettrica questo movimento rotatorio viene usato per azionare le ruote e l’auto si muove dunque a corrente elettrica.

Mentre i veicoli convenzionali avevano bisogno di un meccanismo per alcuni versi estremamente complesso per il dosaggio corretto di coppia, questo non è più necessario per un’auto a propulsione elettrica. I motori elettrici coprono infatti una gamma considerevolmente maggiore di numeri di giri e consentono di usare la massima coppia già a partire dalla posizione ferma. Anche la frizione appartiene al passato. Al suo posto viene normalmente montato un efficiente riduttore che necessita solamente di una marcia e di un rapporto di trasmissione fisso. Quindi non si può più fare marcia indietro? Sì che si può, solo che non serve più la retromarcia dedicata.

• La raccomandazione di una specifica qualità di metallo duro ideale per il cliente assicura l’ottimizzazione della durata e dei processi e l’aumento della produttività
• CERATIZIT offre la più ampia gamma di qualità di metallo duro resistenti alla corrosione disponibile sul mercato per una grande varietà di applicazioni di stampaggio, piegatura, punzonatura e formatura dei metalli.
• I materiali sono certificati secondo IATF 16949 per processi sicuri e affidabili
• La ricerca all’interno di gruppi di lavoro con istituti scientifici e partner del settore dell’e-mobility assicura l’accesso agli sviluppi e ai trend più recenti.
• CERATIZIT dispone di un solido reparto di R&S che per i clienti sviluppa soluzioni innovative e perfettamente adattate alle sfide della mobilità elettrica.
• Grazie alle soluzioni di carburo di tungsteno, ceramica o materiali composti di carburo e ceramica, CERATIZIT offre un’elevata flessibilità per tutte le applicazioni.

Anche se la quota dei componenti da lavorare ad asportazione truciolo nelle auto ibride o completamente elettriche è più bassa rispetto alle auto convenzionali, non significa che i processi di lavorazione rimasti siano più facili da affrontare. Per gli esperti dell’asportazione truciolo l’alloggiamento del motore elettrico realizzato in svariate leghe di alluminio rappresenta un componente di particolare interesse. Anche in questo campo i costi per pezzo diventano sempre più importanti, e soprattutto il foro dello statore, che è la parte più dispendiosa, pone elevati requisiti a utensili e taglienti. Con un diametro del foro di 200 mm e oltre, la riduzione del peso degli utensili costituisce un punto essenziale per non sollecitare eccessivamente il momento torcente del centro di lavoro. 

Le soluzioni innovative fanno la differenza anche nell’alloggiamento del motore elettrico: la nostra fresa PCD a spianare MaxiMill SEC12 è l’utensile ideale per essere impiegato nell’industria automobilistica per la lavorazione di componenti in alluminio o metalli non ferrosi all’interno dei quali non devono essere presenti trucioli. La particolare costruzione delle sedi inserto e topologia degli inserti supportato dalla pressione del refrigerante ed elevati numeri di giri crea un effetto “aspirante” che rimuove il truciolo quasi al 100% dal pezzo.

Per renderli durevoli e per garantire un magazzinaggio sicuro, le batterie di veicoli elettrici e ibridi spesso vengono stoccate su appositi supporti in lega di alluminio resistente che sono vantaggiosi in quanto molto leggeri. Per limitare i costi in considerazione dell’enorme quantità di fori e filetti è importante usare sistemi di utensili durevoli e innovativi. Ad esempio quelli che sono capaci di realizzare più lavorazioni ad asportazione truciolo in un unico passaggio. Considerando le lunghe superfici del coperchio del contenitore della batteria è anche interessante un aumento della velocità: le frese HSC e HPC raggiungono nuovi record di velocità.

Chi dice che le gare di automobili siano sempre sinonimo di motori a combustione a grande volume e rumore assordante per i tempi migliori sui giri? Che non è proprio così, lo ha provato la Formula Student, un campionato di gare riservato specificamente a studenti con una categoria per auto da corsa a propulsione completamente elettrica. Una squadra particolarmente in vista è il Green Team dell’università di Stoccarda che per la stagione 2021 ha messo in pista il suo veicolo E0711-11 EVO. 

Un’analisi ha rivelato che non è possibile ottenere le tolleranze richieste con una soluzione standard. Pertanto il team ha sviluppato una soluzione su misura: un utensile stampato in 3D con due attacchi per inserti e un riduttore di vibrazioni che viene montato sulla U-axis. “Per diametri di componenti superiori a 120 mm e la lavorazione di una macchina a 5 assi con attacco HSK63 era assolutamente necessario ridurre il carico sul mandrino,” continua Haudeck. La costruzione leggera ottimizzata mediante FEM assorbe ottimamente le forze che si generano durante la lavorazione ad asportazione truciolo e rendono possibile una lavorazione in un unico staffaggio. Valeva la pena? Assolutamente sì, visto che la squadra nella stagione passata ha vinto due gare su quattro e in una gara è arrivata seconda; non da ultimo grazie al sostegno di CERATIZIT.

La sostenibilità fa parte dei valori fondamentali di CERATIZIT. Per questo siamo in prima linea quando si tratta di promuovere e consolidare nel tempo tecnologie che tutelano le risorse e di affermarle a lungo termine. Pertanto pensiamo che chi vuole restare mobile anche in futuro con la coscienza pulita, non può rifiutare la mobilità elettrica. Riguardo all’autonomia di macchine completamente elettriche o la diffusione capillare dell’infrastruttura di ricarica, lo sviluppo non si ferma. Al fine di offrire gli stimoli necessari, in CERATIZIT facciamo ricerca e collaboriamo costantemente con partner tecnologici e clienti su nuove soluzioni per un futuro con neutralità del carbonio. A questo scopo è decisivo mostrare percorsi nuovi e sostenibili verso soluzioni competitive, sviluppare e realizzare tecnologie innovative e promuovere efficacemente trend pionieristici. Questo vale anche per i servizi digitali come ad esempio ToolScope, l’utensile di monitoraggio di CERATIZIT per un’asportazione truciolo sicura. Così riusciremo a unire le nostre forze per raggiungere gli obiettivi climatici concordati e salvaguardare il pianeta per le generazioni future.